基于STM32和GPRS的智能公交站牌顯示系統(tǒng)設(shè)計

　　摘要：針對當(dāng)下交通狀態(tài)，提出一種應(yīng)用無線技術(shù)的智能公交站牌顯示系統(tǒng)方案設(shè)計。該系統(tǒng)由無線傳輸模塊、信息處理模塊以及信息顯示模塊組成，實現(xiàn)了能夠顯示、反饋實時公交狀態(tài)、位置信息、緊急信息的智能公交站牌顯示系統(tǒng)。其中，無線傳輸模塊應(yīng)用SIM300-GPRS模組，主要負(fù)責(zé)收發(fā)所需數(shù)據(jù)信息;借助于STM32主控芯片的強(qiáng)大計算能力，信息處理模塊通過對現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行建模、算法修正等處理，計算出預(yù)到站公交的位置、狀態(tài)等基本信息，并實時更新;信息顯示模塊負(fù)責(zé)通過LED屏幕向乘客傳遞公交狀態(tài)、緊急事件以及公益廣告等信息，并負(fù)責(zé)各種信息的顯示調(diào)度?；谝陨纤枷?，已經(jīng)完成智能公交站牌顯示系統(tǒng)的設(shè)計。

　　近些年，中國經(jīng)濟(jì)取得巨大進(jìn)步，城市經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，帶動國內(nèi)公交事業(yè)迅速發(fā)展，期間，國家推出許多針對公交事業(yè)的優(yōu)惠政策，在這些有力的推動下，公交產(chǎn)業(yè)的電子信息化、智能化步伐加快，無人售票已經(jīng)在國內(nèi)許多城市運(yùn)行，IC卡收費(fèi)方式在國內(nèi)大中城市普及起來。隨著公交產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、乘公交的消費(fèi)者群眾的壯大，消費(fèi)者為了更好的了解公交信息，達(dá)到出行便利化的目的，對現(xiàn)有的公交系統(tǒng)提出了更加便利化、智能化的要求，基于這些要求，本設(shè)計提出了一種基于無線傳輸信息的智能公交站牌顯示系統(tǒng)方案，該方案能夠?qū)崟r顯示公交狀態(tài)位置以及緊急情況等信息，之于乘客，給予乘客全面信息方便出行，之于交通線路，給予城市交通更少的交通壓力、安全隱患。智能公交系統(tǒng)極大的方便乘客選擇行動路線，疏散交通流量，將整個交通狀況向理想的狀態(tài)引導(dǎo)，使交通順暢和安全，并提高道路的使用效率，而且也會為美麗的城市增添一道亮麗的風(fēng)景線。

　　1 智能公交系統(tǒng)

　　智能公交系統(tǒng)(Intelligent Transport System，ITS)主要分為3個部分，分別為公交車輛監(jiān)控中心、車載終端和電子站牌。其系統(tǒng)工作原理圖如圖1所示。

　　車載終端將公交車輛的實時位置、車載入數(shù)等信息通過無線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)焦卉囕v監(jiān)控中心，起數(shù)據(jù)采集的作用，是整套公交系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

　　監(jiān)控中心根據(jù)車輛傳輸回來的數(shù)據(jù)，進(jìn)行綜合處理，并將數(shù)據(jù)處理結(jié)果通過無線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到相應(yīng)的電子站牌，與此同時，收集各公交顯示系統(tǒng)的反饋信息，對客觀因素、突發(fā)狀況引起的公交調(diào)度情況做出處理以達(dá)到最優(yōu)的減少交通壓力、節(jié)約資源的目的;

　　電子站牌負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)信息，并通過系統(tǒng)內(nèi)部模塊之間緊密結(jié)合計算出即將到站的公交車的信息，由LED點(diǎn)陣屏等顯示設(shè)備對外發(fā)布，為候車的乘客提供信息服務(wù)。而且，此部分還負(fù)責(zé)緊急情況、公益廣告等信息的顯示，方便市民安全出行、文明出行。

　　2 系統(tǒng)設(shè)計

　　電子站牌顯示系統(tǒng)是智能交通系統(tǒng)(Intelligent Transport System，ITS)的重要組成部分，也是ITS的關(guān)鍵和基礎(chǔ)。智能公交站牌顯示系統(tǒng)設(shè)計方案的功能框圖如圖2所示。主要包括主控、乘客信息采集、SIM300無線收發(fā)、數(shù)據(jù)處理以及信息顯示幾部分。

　　該系統(tǒng)中，無線傳輸模塊主要應(yīng)用GPRS技術(shù)實現(xiàn)與控制中心以及車載終端的數(shù)據(jù)傳輸，接收數(shù)據(jù)經(jīng)過解碼后傳輸給信息處理部分，數(shù)據(jù)在信息處理模塊內(nèi)，經(jīng)過建立數(shù)學(xué)模型、客觀修正因子等處理最后得出該時刻公交車的位置信息以及計算出的到達(dá)時間，同時獲得實時公交狀態(tài)如乘客數(shù)量、末班狀態(tài)等基本信息，最后更新至信息顯示模塊并顯示。顯示調(diào)度模塊實時顯示即將到來的公交的基本狀態(tài)信息，但在一定時間后通過考慮乘客數(shù)量、緊急信息、公益廣告等客觀因素后，對顯示內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到更好的為乘客服務(wù)的目的。乘客信息采集模塊通過采集在候車乘客信息如乘坐路線、各路公交車候車乘客人數(shù)等基本信息，并通過數(shù)據(jù)傳輸模塊反饋回監(jiān)控中心以實現(xiàn)更加優(yōu)化的公交調(diào)度。各模塊間相互協(xié)調(diào)工作，實現(xiàn)了方便市民便利、安全、文明出行的智能公交站牌顯示系統(tǒng)。

　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　該系統(tǒng)主要由主控芯片控制無線信息傳輸部分、信息處理以及顯示部分，最終通過LED向乘客顯示出行信息。其中信息處理以及信息顯示調(diào)度部分均由STM32主控芯片完成，通過一定的算法以及實時反饋信息完成數(shù)據(jù)的處理以及顯示。無線模塊由SIM300模組配合外圍電路連接STM32主控芯片，在主控的控制下完成初始化以及數(shù)據(jù)的傳輸、編碼、解碼等工作。LED部分借助于主控芯片驅(qū)動74HC595與74HC138芯片進(jìn)而實現(xiàn)LED點(diǎn)陣控制與顯示功能。

　　1)主控制器 主控制器選用STM32F103VE增強(qiáng)型單片機(jī)，STM32系列單片機(jī)使用高性能的ARM CortexTM-M3 32位的RISC內(nèi)核，工作頻率為72MHz，內(nèi)置高速存儲器(高達(dá)512K字節(jié)的閃存和64K字節(jié)的SRAM)，具有強(qiáng)大的信息處理能力，豐富的增強(qiáng)I/O端口和聯(lián)接到兩條APB總線的外設(shè)，是意法半導(dǎo)體公司專門為高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用設(shè)計的產(chǎn)品。本設(shè)計中，STM32通過串口連接SIM300無線收發(fā)模塊進(jìn)而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸與模塊控制。LED通過GPIO端口模擬的SPI接口連接到STM32上，完成信息顯示。

　　本設(shè)計中，STM32的主要功能是控制無線傳輸模塊接收車輛狀態(tài)信息，對數(shù)據(jù)的處理以及將處理后的信息送無線收發(fā)模塊SIM300反饋回監(jiān)控中且在LED點(diǎn)陣屏顯示。除此之外，STM32還完成對SIM300、LED點(diǎn)陣等芯片的初始化。

　　2)無線收發(fā)模塊 SIM300是SIMCOM推出的GSM/GPRS三頻/四頻模塊，主要為語音傳輸、短信息和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供無線接口。SIM300集成了完整的射頻電路和GSM的基帶處理器，適合于開發(fā)一些GSM/GPRS的無線應(yīng)用產(chǎn)品，如移動電話、無線數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)、遠(yuǎn)程測量等，應(yīng)用范圍十分廣泛。本設(shè)計的重點(diǎn)主要是單片機(jī)與SIM300模塊串行通信，無線GPRS數(shù)據(jù)的收發(fā)。

　　3)LED顯示 采用P3.75的8 x 8單色點(diǎn)陣模塊進(jìn)行擴(kuò)展，橫向128/8=16塊，縱向64/8=8塊。為方便電路板的設(shè)計，先由橫向4塊縱向4塊擴(kuò)展成32 x32的顯示單元，再由8塊32 x 32的單元完成設(shè)計。行驅(qū)動控制芯片選用74HC138D，功率芯片選用4953，列驅(qū)動控制芯片采用74HC 595D。顯示屏控制卡采用意法半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的STM32F103VBT6單片機(jī)作為主控芯片，由STM32F103VBT6本身具有128KB的片上Flash和64KB的片上RAM，足以存放程序代碼，因此不需要擴(kuò)展外部ROM及RAM;同時使用專用字庫芯片GT23L32S4W，支持多達(dá)22種字體，大大增強(qiáng)了字符的顯示能力。同時，控制卡采用RS232/485通信接口，可以通過RS232/485很方便的對顯示屏進(jìn)行顯示配置。從而容易實現(xiàn)公交狀態(tài)信息的實時顯示以及更新。